Вредоносное ПО (malware) - это назойливые или опасные программы,...
Микросхема драйвера лазера занимает в лазерном принтере одну из ключевых позиций, ведь именно к ее функциям относится включение/выключение лазера, стабилизация мощности лазерного луча, защита лазера от превышения тока. Другими словам, работающий блок лазера – это, в первую очередь, исправный и правильно функционирующий драйвер лазера. На сегодняшний день производителями элементной базы предлагается достаточное количество самых разнообразных драйверов лазера с разнообразными характеристиками. Но, несмотря на все многообразие предложений по драйверам лазера, производители лазерных принтеров в своих изделиях используют ограниченный набор микросхем для управления лазерным светодиодом. Получается, что всего несколько микросхем используется для производства подавляющего большинства современных лазерных принтеров разных моделей от всех мировых брэндов. Одним из таких базовых драйверов, который используется, чуть ли не в половине всех современных лазерных принтеров, является микросхема 65ALS543. Именно о ней и пойдет наш дальнейший разговор.
В рамках данной статьи мы не будем рассказывать об общих принципах функционирования блока лазера – это известно любому специалисту, мало-мальски знакомому с лазерной печатью. Мы сразу же переходим к обсуждению микросхемы драйвера лазера. Как мы уже отмечали, микросхем 65ALS543 используется очень широко в самых разных принтерах. Кроме того, анализ запросов, посылаемых сервисными специалистами в различные конференции и форумы, посвященных оргтехнике, говорит об интересе к этой микросхеме, а также о том, что имеется потребность в ее диагностировании. К сожалению, документации (так называемого, DataSheet"а) на данный драйвер лазера не существует (по крайне мере, к нему нет широкого доступа и скачать его через Internet невозможно). Мы постараемся устранить этот информационный пробел, рассказав об этой микросхеме то, что нам известно. Сразу же оговоримся, что мы также не имеем доступа к официальной информации об этом драйвере, поэтому расскажем только о своем практическом опыте, своих наблюдениях и поделимся всем, что удалось найти и узнать об этой микросхеме.
Драйвер лазера предназначен для управления лазерным светодиодом. Если выражаться точнее, то основными функциями драйвера лазера являются:
- включение и выключение лазера в соответствии с приходящими сигналами управления;
- контроль мощности светового потока лазера;
- регулировка и стабилизация тока лазера, т.е. стабилизация мощности излучения;
- ограничение тока лазера, т.е. защита лазера.
Лазерное излучение формируется лазерным светодиодом, на который в качестве питающего напряжения подается +5В. Это напряжение прикладывается к аноду светодиода, а его катод подключен непосредственно к одному из выводов микросхемы драйвера лазера. Поэтому для включения лазера этот вывод микросхемы переводится в "низкий" уровень, что обеспечивает создание падения напряжения на лазерном светодиоде, а значит, обеспечивает протекание тока через него. Таким образом, в составе микросхемы драйвера лазера имеется встроенный транзистор (рис.1), выполняющий функцию ключа, управляющего включением/выключением лазера, а также осуществляющего регулировку тока лазерного светодиода.
Рис.1На лазерном светодиоде должно создаваться падение напряжения около 2.5В (обычно 2.2В), поэтому при включенном лазере, на выводе микросхемы, который обычно обозначается LD (Laser Diode), можно контролировать напряжение порядка 3В.
Величина тока, протекающего через светодиод, определяет мощность светового потока, т.е. определяет яркость лазерного луча. Для обеспечения контроля этой мощности и стабилизации излучения имеется датчик светового потока - фотодетектор. Этот фотодетектор представляет собой фотодиод, который устанавливается с тыльной стороны лазерного светодиода. Так как светодиод обеспечивает излучение и в обратную сторону, то и мощность "прямого" и "обратного" световых потоков прямо пропорциональны. Фотодетектор и лазер расположены в корпусе "лазерной пушки", т.е. представляют собой монолитную структуру. Сигнал от фотодетектора подается на вход микросхемы драйвера лазера, и этот контакт называется PD (Photo Detector) (рис.2).
Контакт PD соединен с внутренним компаратором драйвера лазера, и его напряжение сравнивается с внутренним опорным напряжением (Vref), что позволяет оценить мощность светового потока лазера.
Общая блок-схема драйвера лазера 65ALS543 представлена на рис.3.
Но это мы описали работу драйвера лазера лишь в общих чертах, чтобы понять его базовые принципы функционирования. Теперь попробуем разобраться в некоторых деталях, которые позволят нам более осознанно подходить к процессу диагностирования драйвера лазера.
Выходной каскадЭквивалентная схема выходного каскада драйвера лазера представлена на рис.4.
Выходной каскад современных драйверов лазера строится по схеме токового зеркала. Такое исполнение позволяет обеспечить очень точную подстройку тока лазера, позволяет иметь линейную зависимость выходного тока от входного управляющего тока, позволяет обеспечить высокую термостабильность схемы (что, кстати, очень важно для лазера, т.к. его параметры находятся в сильной и прямой зависимости от температуры).
Величина тока лазерного светодиода (ILD) определяется как сумма токов ISWO и IBIAS, т.е. ILD=ISWO+IBIAS. Ток ISWO задается токовым зеркалом, и этот ток, в свою очередь, пропорционален управляющему току ISW и он больше тока ISW в кратное количество раз (однако эта кратность для 65ALS543 нам неизвестна). Свою очередь, величина тока ISW определяется двумя основными параметрами:
- величиной сигнала от фотодетектора PD, т.е. зависит от выходной мощности лазера;
- максимальной допустимой величиной тока лазера (ISWI).
Максимально допустимая величина тока лазера ISWI задается внешним резистором RS, подключаемым к конт.1. Увеличение номинала резистора RS приводит к уменьшению тока лазера.
Вторым током, напрямую влияющим на ток лазера, является ток смещения IBIAS, величина которого задается управляющим напряжением VB и внешним резистором RB. Напряжение VB может формироваться разными способами: оно может быть сформировано внутренними источниками опорных напряжений самого драйвера лазера, или может формироваться внешними схемами, что дает возможность гибкого управления лазером. В практически схемах современных принтеров (на примере принтеров HP и Canon) ток IBIAS не используется, т.е. он равен нулю и не оказывает влияния на ток лазера. В случае, когда ток IBIAS не используется, контакты VB (конт.4) и RB (конт.3) должны оставаться свободными, т.е. должны «висеть в воздухе» и никуда не должны подключаться.
Среди внешних элементов выходного каскада драйвера лазера, отметим два.
Во-первых, это нагрузочный резистор, обозначенный на рис.4 как RL. Этот резистор подключается между минусом токового зеркала и питающим напряжением лазерного светодиода +5V. Величина тока, протекающего через этот резистор, пропорциональна току ISW, т.е. пропорциональна тока лазера. Наличие этого резистора позволяет уменьшить мощность, рассеиваемую на микросхеме драйвера лазера. Номинал этого резистора рассчитывается, исходя из величины предельного допустимого тока лазера, величины питающего напряжения и величины напряжения на выходе токового зеркала. Характеристики драйвера 65ALS543 доподлинно неизвестны, но исходя из номинала резистора RL, используемого в большинстве практических схем, можно говорить, что максимальная величина тока лазера составляет около 100 мА. При этом номинал резистора RL равен примерно 20 Ом. Все эти цифры получены в результате анализа параметров аналогичных микросхем драйвера лазера.
Во-вторых, необходимо обратить внимание на демпфирующую цепь (снаббер), состоящую из резистора Rd и конденсатора Cd. Данная цепь обеспечивает подавление всплесков напряжения при переключении светодиода. Это позволяет обеспечить защиту как лазерного светодиода, так внутренних транзисторов драйвера лазера от пробоев, хотя в первую очередь введение демпферной цепи призвано повысить качество изображения. Подавление демпферной цепью всплесков напряжения на лазерном светодиоде, приводит также и к устранению случайных световых импульсов лазерного светодиода, что оказывается чрезвычайно важным при формировании изображения с высокой разрешающей способностью. Параметры элементов Rd и Cd определяются, в первую очередь, рабочей частотой лазера, т.е. скоростью печати и разрешающей способностью принтера.
Управление драйверомПрежде чем говорить о методах управления драйвером лазера, напомним общие принципы формирования изображения, которые являются наиболее важными для понимания функционирования драйвера лазера.
Для сканирования поверхности фотобарабана лазерным лучом предназначено вращающееся многогранное сканирующее зеркало (Polygon Mirror), которое представляет собой металлическую призму с хорошо отполированными гранями. В различных моделях лазерных принтеров это зеркало имеет разное количество граней – от 2 до 6. Каждая грань этого зеркала формирует одну строку изображения на фотобарабане.
Во время формирования строки лазер включается и выключается драйвером лазера по командам либо от микроконтроллера принтера, либо от микропроцессора обработки данных (от форматера). При включении лазера соответствующий участок фотобарабана засвечивается, и впоследствии этот участок должен быть черным. Таким образом, управление лазером должно осуществляться только в те моменты времени, когда сканирующее зеркало занимает положение, при котором отраженный луч будет попадать на фотобарабан, т.е. работа лазера должна четко синхронизироваться с положением вращающегося зеркала. Для такой синхронизации в блоке сканер/лазера предусмотрен датчик оптической синхронизации (BEAM или SOS). Этот датчик является фотодетектором, реагирующим на световой поток. Датчик BEAM (SOS) расположен так, что попадающий на него световой поток лазера соответствует началу строки, т.е. сигнал от этого датчика разрешает формирование строки изображения.
Микросхема управляется четырьмя сигналами, приходящими от микроконтроллера механизмов и от форматера. Эти сигналы называются CNT0, CNT1, VDO, #VDO (знак # обозначает, что сигнал активен "низким" уровнем). Сигналы CNT0, CNT1 формируются микроконтроллером механизмов и являются сигналами для "служебного" управления лазером. А сигналы VDO и #VDO генерируются микросхемой форматера и являются данными для управления лазером. Эти сигналы формируются в соответствии с данными из ОЗУ принтера – так называемого буфера печати. На рис.5 в качестве примера представлена блок-схема, поясняющая взаимодействие элементов принтера при управлении лазером.
Представленная блок- схема соответствует принтеру HP LaserJet 1100. Представленный вариант схемотехники является традиционным, которого и придерживается большинство производителей лазерных принтеров, хотя нельзя утверждать, что такое построение единственно возможное. В большинстве современных принтеров используется логика с питанием 3.3 В, поэтому все эти сигналы имеют уровни до 3.3 В.
При управлении лазером можно выделить несколько периодов:
1) Определение начала строки и контроль мощности светового потока.
2) Формирование полей на краях листа (рис.6).
3) Формирование строки.
Для синхронизации работы лазера с положением вращающегося зеркала Polygon Mirror вводится период поиска и определения начала строки. Для этого лазер включается на достаточно продолжительный период времени до тех пор, пока датчик BEAM/SOS не выдаст импульс низкого уровня, что соответствует такому положению зеркала, при котором луч лазера приходится на начало строки, точнее сказать, - через определенный момент времени после этого импульса лазер займет позицию в начале строки (эта временная задержка рассчитывается при проектировании принтера и учитывает скорость вращения зеркала и временные задержки электронных схем). На этом этапе лазер включен и через него протекает фиксированный ток, задаваемый микросхемой драйвера лазера, и поэтому этот период можно использовать и для определения мощности светового потока с помощью фотодетектора PD. Сигнал от PD подается на драйвер лазера, который проводит процедуру автоматической подстройки мощности лазера (APC).
После того, как датчик BEAM/SOS сформировал импульс начальной позиции зеркала, лазер выключается на фиксированный период времени для формирования белого поля с левого края. Далее лазер начинает включаться и выключаться, формируя строку изображения в соответствии с сигналами VDO и #VDO. После того, как все точки строки будут сформированы, лазер выключается для формирования белого поля с правого края. Через определенный период времени после этого луч снова генерируется для поиска начала следующей строки. Временная последовательность управления лазером при формировании изображения представлена на рис.7.
Микросхема драйвера лазера обеспечивает четыре режима работы, определяемые состоянием сигналов CNT0 и CNT1, которые формируются микроконтроллером принтера:
1. Режим сброса (Reset).
2. Режим автоматического управления мощностью лазера (APC).
3. Маскируемый режим (Masking).
4. Немаскируемый режим (Unmasking).
Соответствие режимов и состояний сигналов CNT0 и CNT1 приводится в таблице 1.
Таблица 1.
|
Состояние сигналов управления |
Режим |
|
|
CNT 1 |
CNT 0 |
|
|
RESET |
||
|
Unmasking |
||
|
Masking |
||
В режиме сброса (Reset) лазер полностью выключен и никак не управляется. В этот режим лазер переводится в те моменты времени, когда принтер не печатает и находится в состоянии ожидания, а также в моменты передачи данных на принтер от ПК.
В немаскируемом режиме (Unmasking) лазер разрешен для работы, и он управляется сигналами VDO и #VDO. Этот режим соответствует формированию строки изображения при распечатке данных из оперативной памяти принтера, т.е. в этот режим лазер периодически переводится в момент печати. Мощность лазерного светодиода в этом режиме определяется значением, полученным на этапе APC. Сигналы VDO и #VDO – это дифференциальные сигналы, что повышает помехоустойчивость схемы и предотвращает случайные ошибки при управлении лазером, обусловленные высокочастотными помехами. Эти сигналы поступают на вход внутреннего дифференциального усилителя, который формирует на своем выходе цифровой дискретный сигнал, разрешающий или запрещающий включение лазера. Начальное смещение сигналов VDO и #VDO составляет примерно 1.2 и 1.8 В соответственно. Для включения лазера сигнал VDO должен быть установлен в "высокий" уровень, а сигнал #VDO – в низкий, причем это должно происходить одновременно. В результате, чтобы лазер мог включаться форматером принтера, необходимо такое соотношение сигналов CNT0, CNT1, VDO и #VDO, которое представлено на рис.8.
Режим APC используется для оценки мощности светового потока лазерного светодиода, т.е. режим APC можно считать периодом измерения В соответствии со значением мощности, полученным в этом режиме, настраивается величина тока лазерного светодиода на время формирования строки изображения. Таким образом, этот режим работы предшествует каждой строке изображения. В режиме APC лазер включен и через него течет фиксированный ток (см. выше). Мощность светового потока измеряется фотодетектором PD. Далее сигнал от PD используется схемой квантования, которая управляет величиной тока заряда конденсатора CH. Этот конденсатор является "запоминающим", т.е. напряжение на нем будет определять величину тока лазера в режиме Unmasking при формировании всей строки. Другими словами, конденсатор запоминает величину тока лазера для последующей строки изображения. Чем выше напряжение на конденсаторе СH, тем больше мощность светового потока лазера.
В маскируемом режиме лазер выключается, независимо от состояния сигналов VDO и #VDO. В то же самое время лазер не выключается полностью, как это происходит в режиме Reset. В режиме Masking через лазерный светодиод может протекать ток смещения IBIAS. Режим Masking используется для формирования белых полей по краям листа.
На рис.9 представлена временная диаграмма сигналов управления драйвера 65ALS543 для всех рассмотренных режимов работы.
Схема квантования с запоминанием (а в англоязычной литературе схема Sample/Hold) очень тесно связана с режимом автоматической подстройки мощности лазера – режимом APC. А если быть более точным, то именно схемой квантования осуществляется измерение мощности светового потока лазера и осуществляется его коррекция. Работа схемы квантования состоит из двух этапов:
- Sample – период измерения;
- Hold – период удержания.
На этапе Sample схема квантования измеряет мощность светового потока лазера, определяет необходимость увеличения мощности лазера или, наоборот, снижения мощности, после чего полученный результат запоминается во внешней памяти, роль которой играет внешний конденсатор CH. Все это происходит в период APC, который соответствует моменту поиска начала строки изображения.
На этапе Hold осуществляется считывание записанной в конденсатор CH информации, которая используется для задания тока лазера, т.е. для управления величиной тока ISW. Таким образом, этап Hold соответствует периоду формирования строки изображения, т.е. соответствует периодам Unmasking и Masking. Соответствие основных периодов управления лазером этапам Sample и Hold отражено на рис.9.
Общий вид схемы квантования представлен на рис.10.
Одним из важнейших элементов схемы квантования является компаратор, который сравнивает сигнал, полученный от фотодетектора PD с некоторым опорным напряжением, которое условно назовем VR. Напряжение VR подается на один из контактов драйвера лазера (т.е. ему соответствует внешний вывод микросхемы), поэтому данное напряжение можно, в принципе регулировать, что, в итоге, будет приводить к изменению мощности лазера. Однако на практике производители предпочитают на контакт VR подавать опорное напряжение, сформированное внутренним высокостабилизированным и прецизионным источником опорного напряжения. Это позволяет обеспечить точность и неизменность результатов производимых измерений. Таким образом, величину VR можно считать неизменной. В 65ALS543 таким опорным напряжением является 1.4 В, устанавливаемое на конт.5.
На второй вход компаратора подается напряжение, которое мы условно назовем VM. Напряжение VM – это напряжение, прямо пропорциональное величине сигнала фотодетектора PD (VM и получают из напряжения PD). Но на величину сигнала PD оказывает еще влияние и резистивный делитель, подключенный к контакту RM, т.е. напряжение VM – это напряжение PD, уменьшенное на величину, определяемую внешним делителем. Для получения возможности регулировать параметры лазера, к контакту RM подключают переменный резистор. Установка этого резистора является заводской регулировкой, осуществляемой для подстройки каждого конкретного лазерного светодиода. В полевых условиях регулировка этого резистора осуществляться не должна (но практика говорит о том, что в некоторых случаях регулировка этого резистора является очень эффективным способом «оживить» лазерный принтер). Переменный резистор может быть один (как у большинства производителей), так их может быть и два (как у Canon и HP). Если используется два переменных резистора, то один из них является «грубой» регулировкой, а второй – точной подстройкой. Как показывает практика, вращение по часовой стрелке этих резисторов приводит к увеличению мощности лазера.
Итак, компаратор сравнивает два напряжения: VR и VM. Происходит это в период APC, т.е. когда через лазер протекает некоторый фиксированный ток.
Если напряжение VM>VR, то это говорит о значительной мощности сигнала от фотодетектора и необходимости уменьшить ток через лазер. В результате, на выходе компаратора формируется сигнал, который приводит к активизации цепи разряда конденсатора CH (рис.11).
Если напряжение VM
Рис.2 Печатка. Автор
Squork 
Рис. 4 Сама микросхема, точкой показана нога 1.
Плановые детали, по возможности, лучше купить новые, что благоприятно скажется на работе драйвера. Критичные детали - позиции 1;2;6;8 При установке диода позиция №2 РЕЗИСТОР 22кОм НЕ НУЖЕН !
Список деталей в магаине чип-дип и цена в рублях на февраль 2014г.
| 1 | TPS61030PWP-ADJ, DC-DC преобразователь повышающий, вход 1.8-5.5В, выход 1.8-5.5В/1А HTSSOP-16 | 150.00 |
| 2 | 1N4148, Диод 150мА 100В DO-35 | 1.50 |
| 3 | Кер. чип. конд. 0603 X7R 1мкФ 16В 10%, GRM188R71C105KA12D | 1.80 |
| 4 | Кер.ЧИП конд. 0.01 мкФ Y5V 50В+80-20%0402, GRM155F51H103Z | 1.10 |
| 5 | Кер.ЧИП конд. 2.2мкФ,X5R,10% 10В 0603, GRM188R61A225K | 4.10 |
| 6 | TECAP, 220 мкФ, 10 В, тип D, 10%, Конденсатор танталовый SMD | 32.00 |
| 7 | 0.25Вт 1206 10 кОм, 1%, Чип резистор (SMD) | 0.90 |
| 8 | B82464G4682M, 6.8 мкГн, 4.3 А, 10х10, Катушка индуктивности SMD |
Для большей надежности я ставил вот такой дроссель .
| TSL1112S-6R8M4R6, 6.8 мкГн, 4.6/6.1А, Катушка индуктивности | 24.00 |
Эксперименты с деталями могут привести к тому, что микросхема просто задымится, или будет работать не стабильно.
4. Причины нестабильной работы и перегорания.
Разберем причины из за которых чип выходит из строя. Для их выявления мне пришлось сжечь не одну микруху.
Ты будешь арать как сука, когда почуешь этот пренеприятный горелый запах! =)
1. Подключение без нагрузки - 100% дохлая микросхема. Автор, впервые выложивший эту схему, предупреждает об этом, все же я тоже проверил =) Если и вы рискнете так подключить, услышите этот звык "ПЫЩ", а микросхема испустит клуб дыма.
2. Дроссель ниже 4.a, или нонейм дроссель. Дроссель лучше купить и не рисковать. При нагрузке драйвера 1.5-2 ватта можно наблюдать как дроссель нагревается. Затем происходит насыщение дросселя, микросхема уходит в защиту и при последующем включение получаете ПЫЩ! Дроссель необходим не менее 4А по току.
3. Кривая пайка и тонкие длинные дорожки, иногда они убивают микросхему. Желательно покрывать дорожки тонким слоем припоя.
4. Нестабильный контакт по время замеров тока, или забытие выставить на мультиметре функцию замеров тока, получаете пункт 1. Если решились на замеры, тщательно проверяйте контакты. Тесты можно проводить с резистором 3-ома, дохлым синим лд.
По поводу умирание микры поговорили, теперь по поводу нестабильной работы. Иногда драйвер начинает пульсировать, нет стабилизации по току, диод мигает. Иной раз не выходит из софт старта, на выходе получаем малую мощность. А иной раз вообще не включается.
1. Нестабильная работа, диод меняет яркость гаснет и включается, нет стабилизации по току. Это происходит в следствии неправильной работы дросселя (скорее всего ваш дроссель ниже 4А), либо диод VD1 нонэйм не рассчитаный для данного устройства. Так же может быть, если ваш ЛД уже почти мертвый, при этом драйвер исправен.
2. Конденсаторы на выходе лучше танталовые иначе может вообще не включиться, или включиться но должной мощности на лазерном диоде не получите.
3. Кривая пайка так же может стать причиной нестабильной работы.
5. Подключение драйвера.
Как отмечалось выше драйвер потребляет ток 3-4а, для его питания необходим хороший li-ion аккумулятор, желательно не менее 2а/ч. Подключать драйвер только с нагрузкой. Если собираетесь запитывать сразу живой лд, необходимо поместить лд в охлаждающий коллиматор. На таких мощностях диод бует жутко греться.Ну вот и все, никаких рассчетов, все должно работать сразу. Для питания лазерных диодов 2w. Для мощности 1.8 ватт R2 - 0.33ом, для мощности 2w - 0.25ом (при этом драйвер будет работать почти что на прееле, отдавая ток 2а, а микросхема будет нехило греться). Ниже представляю свои фото и видео лазера.
Рис. 6 Луч лазера. В моем варианте 1.7-1.8ватт (R2-0.33ома)
Небольшое видео процесса:
Прожигание 2 донышек от спичечного коробка, лучом свокусированным в бесконечность. Сокращения:
лд - лазерный диод
микра - микросхема
